6.Общие вопросы проектирования трансформаторов

Непрерывный рост мощности электростанций и потребления электроэнергии ставит перед электромашиностроительной промышленностью новые задачи.

Непрерывный рост единичной мощности генераторов сопровождается увеличением единичной мощности силовых трансформаторов. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до мест потребления требует в настоящее время 5…6- кратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Кроме того, необходимо распределение электроэнергии между многими мелкими потребителями. Это приводит к увеличению числа трансформаторов и их установленной мощности по сравнению с генераторами. Мощность всех установленных силовых трансформаторов превышает генераторную мощность в 7…8 раз и а последнее время намечается тенденция к увеличению этого отношения. Путем укрупнения единичной мощности трансформаторов можно улучшить их технико - экономические показатели, прежде всего, снизить стоимость передачи энергии.

Наряду с развитием электрооборудования класса 1150 кВ переменного тока, в настоящее время ведутся разработки линий электропередач постоянного тока напряжением 1500 кВ. Создание трансформаторов для таких линий представляет особые трудности.

В настоящее время в области совершенствования конструкций задачи трансформаторостроения состоят в следующем:

изготовление магнитопроводов мощных трансформаторов только из рулонной холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм с малыми удельными потерями. Благодаря ликвидации различных конструкционных отверстий в активной стали исключены добавочные потери в ней из – за искривления пути магнитного потока, что позволяет снизить потери холостого хода. Дальнейшее совершенствование конструкции магнитопроводов и снижение добавочных потерь в них может быть достигнуто путем применения косых стыков и новых схем шихтовки, повышения коэффициента заполнения сечения сталью, применением пространственных систем;

в обмотках приняты специальные меры по снижению межкатушечных градиентов при импульсных воздействиях, что позволило отказаться от установки емкостных экранов и дополнительной изоляции отдельных катушек. Применяются сложные провода из большого числа транспонированных проводников. Что упрощает и ускоряет изготовление обмоток, одновременно снижая добавочные потери в них. Применяются проводники с усиленной изоляцией, что способствует повышению электрической прочности обмоток.

В перспективе можно выделить применение вместо меди ее сплавов, обладающих более высокими механическими характеристиками, а также возможность изготовления криогенных трансформаторов со сверхпроводящими обмотками. В трансформаторах мощностью до 16000 кВА медь все больше заменяется алюминием.

6.1.Краткая характеристика систем охлаждения трансформаторов

Необходимость совершенствования систем охлаждения возникла с повышением единичной мощности трансформаторов. Если не принимать специальных конструктивных решений, поверхность бака увеличивается медленнее. Чем его мощность, и , соответственно, отводимые с поверхности бака потери. Поэтому с ростом мощности трансформатора искусственно увеличивать поверхность охлаждения. Для этого:

применяют волнообразные стенки бака;

устанавливают охлаждающие трубы;

используют трубчатые радиаторы.

При изготовлении трансформаторов очень большой мощности применяют наружный обдув бака вентиляторами, перекачку масла через специальные охладители и т.п.

Для сухих трансформаторов существуют следующие виды охлаждения:

С – естественное воздушное, открытое исполнение;

СЗ – естественное воздушное, защищенное исполнение;

СГ – естественное воздушное, герметичное исполнение;

СД – воздушное, с дутьем.

Для масляных трансформаторов существуют следующие виды охлаждения:

М – естественное масляное;

Д – масляное с дутьем, естественная циркуляция масла;

ДЦ – масляное с дутьем, принудительная циркуляция масла;

МВ – масляно- водяное, естественная циркуляция масла;

Ц – масляно- водяное, принудительная циркуляция масла.

Кроме того, существуют трансформаторы с заполнением негорючим жидким диэлектриком (НЖД):

Н – естественное охлаждение НЖД;

НД – охлаждение НЖД с дутьем.

Трансформаторы мощностью до 25 кВА могут выполняться в гладких баках. В трансформаторах мощностью до 1600 кВА применяются трубчатые баки. Стальные трубы имеют диаметр 30…60 мм и располагаются вертикально, параллельно стенке бака. Трубы располагаются в 2…4 ряда.

При большей мощности периметр бака не позволяет разместить необходимое число радиаторов, поэтому необходим переход от естественного охлаждения к форсированному. Оно заключается в ускоренном, по сравнению с естественным, движением масла или воздуха. Возможна такая конструкция трансформатора, при которой каждый радиатор обдувается установленным непосредственно на нем небольшим вентилятором.

Более прогрессивный способ – форсированная циркуляция масла, которое прокачивается через теплообменник, воздушный или водяной, и вновь возвращается в бак. Циркуляция охлаждающей воды в теплообменнике также форсируется.

Конструкция трансформатора должна обеспечивать благоприятные условия для теплоотдачи. Внутри и вне трансформатора при росте его номинальной мощности главное значение приобретает теплопередача конвекцией, т.е. движением масла или воздуха, поэтому внутри трансформатора необходимо избегать горизонтальных каналов между обмотками, отдавая предпочтение вертикальным каналам.